《International Immunopharmacology》：Tissue-specific dysregulation of S100A8 in synovium and cartilage reveals limitations of NSAID therapy in inflammatory arthritis
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本研究针对炎症性关节炎中组织特异性炎症调控机制不清的问题，通过角叉菜胶诱导的大鼠关节炎模型，结合转录组学、组织学分析及人类类风湿关节炎（RA）数据集验证，揭示了S100A8在滑膜中显著上调而在软骨中下调的独特表达模式。研究发现，尽管NSAID药物双氯芬酸能缓解关节肿胀并抑制M1巨噬细胞标记物、基质金属蛋白酶（MMP）和炎症小体相关蛋白，但会反常地升高S100A8表达。进一步采用S100A8抑制剂Paquinimod（尤其是与双氯芬酸联用）可协同减轻关节损伤，促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化。该研究不仅明确了S100A8是持续性炎症的关键介质，也为优化关节炎治疗策略提供了新靶点。
关节炎困扰着全球数亿患者，其中类风湿关节炎（Rheumatoid Arthritis, RA）等炎症性关节炎以其慢性、进行性的关节破坏为主要特征，给患者带来巨大痛苦。尽管医学界对这类疾病的认识不断深入，但其发病机制依然复杂，尤其是关节内不同组织——如滑膜（Synovium）和软骨（Cartilage）——如何响应炎症刺激并相互作用，仍是未解之谜。滑膜作为关节的“衬里”，是炎症反应的主战场，其中活化的巨噬细胞等免疫细胞释放大量炎症因子，如同“火上浇油”，不仅加剧滑膜本身的炎症，还不断侵蚀软骨，导致关节结构损坏。然而，软骨作为承受压力和摩擦的关键结构，其内部的细胞（软骨细胞）在炎症环境中如何“发声”、如何与滑膜“对话”，以及现有的主流消炎药——非甾体抗炎药（Non-Steroidal Anti-Inflammatory Drugs, NSAIDs），如常用的双氯芬酸（Diclofenac）——在缓解症状的同时，是否真正触及了这些深层的免疫紊乱，都是当前研究的难点。
为了解决这些问题，来自苏州大学附属无锡九院骨科的研究团队颜伟才、白瑞军、周志益、张倩、李亚鹏、赵刚、陈文金在《International Immunopharmacology》上发表了一项研究。他们利用角叉菜胶（Carrageenan）诱导的大鼠关节炎模型，模拟人类关节炎的病理过程，并首次对同一动物个体的滑膜和软骨组织进行了配对的高通量转录组测序（RNA-sequencing），结合生物信息学分析、组织病理学观察以及针对关键靶点S100A8的药理学干预，深入探讨了组织特异性炎症调控的奥秘，并评估了NSAID疗法的效果与局限。
研究者们为完成这项系统工程，主要运用了几项关键技术：首先，建立了稳定的角叉菜胶诱导大鼠关节炎模型，用于模拟疾病过程；其次，对模型动物的滑膜和软骨组织进行了分离和转录组测序，通过生物信息学方法（如基因本体论GO和京都基因与基因组百科全书KEGG通路富集分析）挖掘差异表达基因和信号通路；第三，利用公共基因表达数据库（GEO）中的类风湿关节炎患者外周血白细胞转录组数据（数据集GSE93272）进行跨物种验证；第四，通过组织学技术（如苏木精-伊红H&E染色、免疫组织化学IHC、免疫荧光）和蛋白质印迹（Western Blot）在蛋白水平验证关键分子的表达与定位；最后，引入了S100A8的特异性抑制剂Paquinimod进行药理学干预，观察其单独或与双氯芬酸联合使用的治疗效果。
3.1. 角叉菜胶诱导大鼠足爪肿胀并重塑膝关节软骨和滑膜的基因表达谱
连续7天注射角叉菜胶成功诱导了大鼠明显的关节肿胀。转录组分析显示，与正常对照组相比，模型组大鼠的滑膜和软骨发生了广泛的基因表达改变。其中，滑膜的变化更为剧烈，共有1875个基因表达出现显著差异（1273个上调，602个下调），而软骨中有727个基因差异表达（351个上调，376个下调）。值得注意的是，两个组织间共同上调的基因仅有20个，共同下调的基因仅12个，这强烈提示滑膜和软骨对炎症刺激的响应具有高度的组织特异性。
3.2. GO和KEGG富集分析揭示软骨和滑膜中不同的免疫和炎症特征
基因功能富集分析进一步证实了这种差异。在滑膜中，富集到的免疫炎症相关通路多达29条，涉及先天和适应性免疫应答、白细胞活化、细胞因子产生等多个层面，呈现出一幅复杂而活跃的炎症图景。而在软骨中，富集的免疫炎症相关通路相对较少（15条），且更侧重于免疫系统过程的负向调控。KEGG通路分析也显示，滑膜中富集的通路数量（32条）远多于软骨（5条），且滑膜涉及代谢、神经退行性变等多种通路，而软骨则主要与细胞外基质（ECM）受体相互作用等相关。
3.3. S100A8在RA患者外周血白细胞中显著上调并与单核-巨噬细胞相关炎症信号相关
为了验证动物实验发现的临床相关性，研究者分析了RA患者的公开数据集。结果发现，在RA患者外周血白细胞中，S100A8是上调最显著的基因，其搭档S100A9以及一些白介素（如IL-1B, IL-18）、Toll样受体4（TLR4）等也显著上调。这提示S100A8及其相关通路在人类RA的发病中同样扮演着关键角色。
3.4. 角叉菜胶诱导大鼠滑膜和软骨中S100A8表达及巨噬细胞相关基因的改变
组织学分析证实，模型组大鼠滑膜有大量中性粒细胞浸润，软骨出现降解迹象。在分子水平，多种技术均证实S100A8在模型组大鼠的滑膜组织中表达显著升高，且与巨噬细胞标记物F4/80共定位，表明活化的巨噬细胞是S100A8的重要来源。然而，一个意想不到的发现是：转录组数据显示，S100A8在模型组的软骨组织中表达反而是下降的。这种滑膜与软骨之间S100A8表达的“跷跷板”现象，凸显了关节内不同微环境对同一分子调控的巨大差异。
3.5. NSAID疗法调节软骨和滑膜中的炎症基因表达模式
接下来，研究者评估了NSAID双氯芬酸的治疗效果。双氯芬酸确实减轻了足爪肿胀。转录组分析显示，双氯芬酸处理后在滑膜和软骨中分别引起了1081和1083个基因的表达变化，其中下调的基因占大多数，且两个组织间有355个共同下调的基因，表明双氯芬酸在一定程度上“逆转”了炎症引起的转录组紊乱。通路富集分析显示，双氯芬酸主要影响了MAPK信号通路、IL-17信号通路等炎症相关通路。
3.6. 双氯芬酸减轻关节炎症并下调S100A8相关的巨噬细胞炎症反应
在蛋白和细胞水平，双氯芬酸治疗显示出了复杂的效应。它减少了滑膜中F4/80阳性的巨噬细胞浸润，降低了M1型巨噬细胞标记物CD86的表达，同时提升了M2型标记物CD206的表达，表明它促进了巨噬细胞从促炎的M1型向抗炎的M2型极化。双氯芬酸还显著降低了炎症小体适配蛋白ASC以及基质金属蛋白酶MMP2和MMP9的水平，说明它有效抑制了炎症反应和基质降解。然而，一个引人深思的悖论出现了：尽管双氯芬酸带来了这些抗炎效果，它却进一步升高了滑膜和软骨中的S100A8蛋白水平。免疫荧光显示，这种S100A8的升高并非主要来源于巨噬细胞（F4/80/S100A8双阳性细胞并未增加），提示可能由其他细胞（如中性粒细胞）产生或反映了巨噬细胞的功能重编程。
3.7. S100A8抑制与双氯芬酸联合治疗协同减轻角叉菜胶诱导大鼠的关节炎症和组织损伤
鉴于双氯芬酸未能抑制S100A8，研究者进一步使用了S100A8抑制剂Paquinimod。结果显示，单独使用Paquinimod就能有效减轻足爪肿胀、改善滑膜炎症和软骨破坏。而当Paquinimod与双氯芬酸联合使用时，效果最为显著，表现出强大的协同作用，能最有效地降低炎症小体成分NLRP3和基质降解酶MMP13的表达。
3.8. S100A8抑制和双氯芬酸协同调节巨噬细胞极化向抗炎表型
最后，研究者深入探讨了联合疗法对巨噬细胞极化的影响。免疫组化和蛋白印迹结果一致表明，双氯芬酸或Paquinimod单药治疗均能降低促炎M1标记物CD86，提高抗炎M2标记物CD206。联合治疗则使这种向M2表型的转变最为彻底。特别重要的是，Paquinimod成功抑制了双氯芬酸引起的S100A8上调，将S100A8水平控制在较低范围。这清晰地表明，双氯芬酸虽然能调节巨噬细胞表型，但对S100A8这一关键警报素存在调控盲区，而联合S100A8靶向治疗则可以弥补这一缺陷，实现更全面的免疫调节。
综上所述，本研究通过多组学整合与功能验证，揭示了炎症性关节炎中滑膜与软骨存在截然不同的炎症反应模式，并首次系统报道了S100A8在上述组织中的表达对NSAID双氯芬酸的反应存在差异甚至矛盾。核心结论在于：双氯芬酸能有效缓解关节肿胀、抑制部分炎症指标并促进巨噬细胞M2极化，但会反常地上调S100A8表达，这可能成为其无法完全阻断慢性炎症回路的一个潜在原因。而靶向抑制S100A8，特别是与双氯芬酸联用，能够协同减轻病理损伤、抑制炎症小体活化、减少基质降解并优化巨噬细胞功能，展现出超越传统NSAID单药治疗的潜力。这项研究的重要意义在于，它不仅深化了对关节炎组织特异性免疫调控的理解，更重要的是揭示了当前广泛应用的NSAID疗法在靶向关键先天免疫介质方面的局限性，为开发联合靶向S100A8的新型治疗策略提供了强有力的实验依据，对改善炎症性关节炎的远期预后具有重要的转化医学价值。
